Fanzor ( Fz ) — TnpB-подобные эукариотические РНК - зависимые ДНК - эндонуклеазы , гомолог CRISPR-Cas систем, впервые обнаруженные у почвенного грибка ^{( .)} . Полагают, что Fanzor произошли от TnpB , эффектора прокариотической РНК -ориентированной системы, известной как . TnpB также считается предполагаемым предком Cas12, РНК-ориентированной эндонуклеазы , используемой в системе CRISPR-Cas . Это предполагает связь между Fz, TnpB и Cas12, несмотря на их разные роли в прокариотических и эукариотических клетках .

История изучения

Впервые Fanzor был описан в 2013 году исследователями как - / -подобный белок . Было обнаружено два варианта этого белка: и , гены которых широко распространены в транспозонах и гигантских дцДНК -содержащих вирусах эукариот.

Таким образом, Fanzor является первой открытой РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазной системой у эукариот .

Эволюционное происхождение и филогения

Эффектор (Obligate Mobile Element -guided Activity) TnpB является предполагаемым предком и обладает РНК-зависимой эндонуклеазной активностью. TnpB также может быть предком белков Fanzor, что повышает вероятность того, что эукариоты также оснащены CRISPR-Cas или OMEGA-подобными программируемыми РНК-ориентированными эндонуклеазами. Показано, что Fz представляет собой эукариотическую систему OMEGA, демонстрируя, что РНК-ориентированные эндонуклеазы присутствуют во всех трех доменах жизни (бактериях, археях и эукариотах) .

Системы OMEGA являются предками систем CRISPR-Cas, а TnpB превратилась в единую РНК-ориентированную эндонуклеазу Cas12. TnpB также имеет отдаленную гомологию с Fanzor. Предполагается, что Fz-1 и Fz-2 имеют независимое происхождение, при котором два различных TnpB были горизонтально перенесены эукариотическим хозяевам .

Филогения и распространение белков TnpB и Fanzor указывают на то, что они могут распространяться среди эукариотических видов вирусами .

Прокариотические белки TnpB кодируются бактериальными транспозиционными элементами (TE) семейства IS200/605 или IS607. Если белки Fanzor2 ближе к прокариотическому TnpB, также кодируется IS607-подобными элементами, то белки Fanzor1 кодируются различными TE и имеют более отдаленное родство с TnpB, чем белки Fanzor2 .

Устройство

Fanzor и TnpB имеют похожие консервативные C-концевые мотивы и широко-вариабельные N-концы . Ген встречается в большем количестве различных суперсемейств транспозонов ( , , , , ), чем (лишь некоторые типа). Fz-1 встречается только у эукариот, в то время как Fz-2 колокализован с некоторыми белками TnpB из прокариотических инсерционных элементов IS607 .

Примечательно, что вирусные Fz принадлежат к обеим кладам. К примеру два разных штамма вируса, 88 и Emiliania huxleyi virus 99B1, несут соответственно элементы EHv88-1 из Fanzor1 и EHv99B1-1 из Fanzor2. С другой стороны, одни и те же белки Fz могут быть выявлены у совершенно разных клад эукариотических вирусов .

N-концы Fz-2 и TnpB имеют домен спираль-поворот-спираль (HTH), включая кодируемые IS607, IS891, ISArma1 и ISvAR158_1. Выравнивание в этой локальной области является относительно консервативным, этот HTH-домен предположительно присутствует и в других белках TnpB. Однако неясно, существует ли аналогичный HTH-домен в белках Fanzor1. Две дополнительные аминокислоты (G500 и E536) также высококонсервативны в белках Fanzor1, но это может отражать меньшую дивергенцию клады Fanzor1 по сравнению с кладой TnpB .

Функции

Первоначально было выдвинуто предположение что Fanzor регулируют активность мобильных элементов посредством метилирования ДНК . Однако дальнейшие исследования показали, что Fz являются РНК-зависимой эндонуклеазой .

Распространенность систем Fanzor

Fz1 широко распространен у грибов , особенно у видов неопределенного происхождения ( incertae sedis ); однако он также обнаружен у простейших , членистоногих , растений и эукариотических вирусов, в частности гигантских вирусов . Fz2 широко встречается у грибов и в некоторых случаях у моллюсков , хоанофлагеллят и эукариотических вирусов, большинство из которых также являются гигантскими вирусами . TnpB наблюдается в обеих ветвях Fz, при этом его присутствие наблюдалось в ветвях, содержащих гигантские вирусы, заражающие хозяев, живущих в симбиозе с бактериями (например, ), а также спорадически в ветвях, содержащих SAR ( Stramenopiles , Alveolates и Rhizaria ) или грибах, что повышает вероятность того, что TnpB были горизонтально перенесены от прокариот к эукариотическим хозяевам .

Перспективы применения в генной инженерии

С точки зрения биоинженерии , эукариотическое происхождение Fz и его относительно небольшой размер по сравнению с Cas9/12 делают его привлекательной отправной точкой для дальнейшего развития. Однако, учитывая возможную функцию Fz (и эффекторов OMEGA в более широком смысле) в содействии распространению транспозонов, они могут быть развиты с низкой активностью и/или жестко регулироваться в их нативных организмах, чтобы предотвратить токсичность для хозяина. Возможность перепрограммировать Fz для целей инженерии генома человека была показана экспериментально .

Литература

1. ↑ Makoto Saito, Peiyu Xu, Guilhem Faure, Samantha Maguire, Soumya Kannan, Han Altae-Tran, Sam Vo, AnAn Desimone, Rhiannon K. Macrae, Feng Zhang. (англ.) // Nature. — 2023-08. — Vol. 620 , iss. 7974 . — P. 660–668 . — ISSN . — doi : .
2. ↑ Weidong Bao, Jerzy Jurka. // Mobile DNA. — 2013-04-01. — Т. 4 , вып. 1 . — С. 12 . — ISSN . — doi : .